Per alcuni neonati, un pannolino bagnato è causa per un istante, clamorosa richiesta di essere cambiati, mentre altri bambini possono essere impassibili e felici di trasportare il carico umido per lunghi periodi senza lamentarsi. Ma se indossato troppo a lungo, un pannolino bagnato può causare eruzioni cutanee dolorose, e bambini infelici e genitori.

Ora i ricercatori del MIT hanno sviluppato un pannolino "intelligente" incorporato con un sensore di umidità che può avvisare un assistente quando un pannolino è bagnato. Quando il sensore rileva l'umidità nel pannolino, invia un segnale a un ricevitore vicino, che a sua volta può inviare una notifica a uno smartphone o un computer.

Il sensore è costituito da un tag di identificazione a radiofrequenza (RFID) passivo, che viene posto sotto uno strato di polimero super assorbente, un tipo di idrogel che viene tipicamente utilizzato nei pannolini per assorbire l'umidità. Quando l'idrogel è bagnato, il materiale si espande e diventa leggermente conduttivo, abbastanza da attivare il tag RFID per inviare un segnale radio a un lettore RFID fino a 1 metro di distanza.

I ricercatori affermano che il design è la prima dimostrazione dell'idrogel come elemento antenna funzionale per il rilevamento dell'umidità nei pannolini tramite RFID. Stimano che il sensore costi meno di 2 centesimi per la produzione, rendendolo a basso costo, alternativa usa e getta ad altre tecnologie per pannolini intelligenti.

Col tempo, i pannolini intelligenti possono aiutare a registrare e identificare alcuni problemi di salute, come segni di stitichezza o incontinenza. Il nuovo sensore può essere particolarmente utile per gli infermieri che lavorano nelle unità neonatali e si prendono cura di più bambini alla volta.

Pankhuri Sen, un assistente di ricerca nel Laboratorio AutoID del MIT, prevede che il sensore possa essere integrato anche nei pannolini per adulti, per i pazienti che potrebbero essere inconsapevoli o troppo imbarazzati per riferire a se stessi che è necessario un cambiamento.

"I pannolini sono usati non solo per i bambini, ma per l'invecchiamento della popolazione, o pazienti costretti a letto e incapaci di prendersi cura di se stessi, "Sen dice. "Sarebbe conveniente in questi casi che un caregiver fosse informato che un paziente, in particolare in un ospedale multiletto, ha bisogno di cambiare."

"Questo potrebbe prevenire eruzioni cutanee e alcune infezioni come le infezioni del tratto urinario, sia nella popolazione anziana che in quella infantile, " aggiunge il collaboratore Sai Nithin R. Kantareddy, uno studente laureato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT.

Sen, cantardo, e i loro colleghi del MIT, tra cui Rahul Bhattacharryya e Sanjay Sarma, insieme a Joshua Siegel alla Michigan State University, hanno pubblicato oggi i loro risultati sulla rivista IEEE Sensors. Sarma è vicepresidente del MIT per l'apprendimento aperto e Fred Fort Flowers e Daniel Fort Flowers professore di ingegneria meccanica.

Senso adesivo

Molti pannolini in commercio incorporano indicatori di umidità sotto forma di strisce, stampato lungo l'esterno di un pannolino, che cambiano colore quando sono bagnati, un design che di solito richiede la rimozione di più strati di vestiti per poter vedere il pannolino reale.

Le aziende che stanno esaminando la tecnologia dei pannolini intelligenti stanno prendendo in considerazione sensori di umidità che sono wireless o abilitati Bluetooth, con dispositivi che si attaccano all'esterno di un pannolino, insieme a batterie ingombranti per alimentare le connessioni a lungo raggio a Internet. Questi sensori sono progettati per essere riutilizzabili, richiedere a un assistente di rimuovere e pulire il sensore prima di attaccarlo a ogni nuovo pannolino. I sensori attuali in fase di esplorazione per i pannolini intelligenti, Sen stime, al dettaglio per oltre $ 40.

I tag RFID invece sono economici e usa e getta, e possono essere stampati in rotoli di singoli adesivi, simile ai tag del codice a barre. Laboratorio di identificazione automatica del MIT, fondata da Sarma, è stata in prima linea nello sviluppo di tag RFID, con l'obiettivo di usarli per connettere il nostro mondo fisico con Internet.

Un tipico tag RFID ha due elementi:un'antenna per la retrodiffusione dei segnali a radiofrequenza, e un chip RFID che memorizza le informazioni del tag, come il prodotto specifico su cui è apposto il cartellino. I tag RFID non richiedono batterie; ricevono energia sotto forma di onde radio emesse da un lettore RFID. Quando un tag RFID raccoglie questa energia, la sua antenna attiva il chip RFID, che modifica le onde radio e invia un segnale al lettore, con le sue informazioni codificate all'interno delle onde. Questo è come, ad esempio, i prodotti etichettati con tag RFID possono essere identificati e tracciati.

Il gruppo di Sarma ha consentito ai tag RFID di funzionare non solo come tracker wireless, ma anche come sensori. Più recentemente, nell'ambito dell'Industrial Liason Program del MIT, il team ha avviato una collaborazione con Softys, un produttore di pannolini con sede in Sud America, per vedere come i tag RFID potrebbero essere configurati come a basso costo, rilevatori di umidità usa e getta nei pannolini. I ricercatori hanno visitato una delle fabbriche dell'azienda per avere un'idea dei macchinari e dell'assemblaggio coinvolti nella produzione di pannolini, poi è tornato al MIT per progettare un sensore RFID che potesse essere ragionevolmente integrato nel processo di produzione dei pannolini.

Etichetta, lo sei

Il design che hanno inventato può essere incorporato nello strato inferiore di un tipico pannolino. Il sensore stesso ricorda un papillon, il cui centro è costituito da un tipico chip RFID che collega i due triangoli del papillon, ciascuno realizzato con il polimero super assorbente idrogel, o SAP.

Normalmente, SAP è un materiale isolante, nel senso che non conduce corrente. Ma quando l'idrogel si bagna, i ricercatori hanno scoperto che le proprietà del materiale cambiano e l'idrogel diventa conduttivo. La conduttività è molto debole, ma è sufficiente reagire a qualsiasi segnale radio nell'ambiente, come quelli emessi da un lettore RFID. Questa interazione genera una piccola corrente che accende il chip del sensore, che poi agisce come un tipico tag RFID, modificando e inviando il segnale radio al lettore con le informazioni, in questo caso, che il pannolino è bagnato.

I ricercatori hanno scoperto che aggiungendo una piccola quantità di rame al sensore, potrebbero aumentare la conduttività del sensore e quindi il raggio in cui il tag può comunicare con un lettore, raggiungendo più di 1 metro di distanza.

Per testare le prestazioni del sensore, hanno posizionato un'etichetta all'interno degli strati inferiori dei pannolini per neonati e hanno avvolto ogni pannolino attorno a una bambola a grandezza naturale, che riempivano di acqua salata le cui proprietà conduttive erano simili ai fluidi corporei umani. Hanno posizionato le bambole a varie distanze da un lettore RFID, a vari orientamenti, come sdraiarsi in posizione orizzontale rispetto a sedersi in posizione eretta. Hanno scoperto che il particolare sensore che hanno progettato per adattarsi ai pannolini per neonati era in grado di attivarsi e comunicare con un lettore fino a 1 metro di distanza quando il pannolino era completamente bagnato.

Sen prevede che un lettore RFID connesso a Internet possa essere posizionato nella stanza di un bambino per rilevare i pannolini bagnati, a quel punto potrebbe inviare una notifica al telefono o al computer di un caregiver che è necessaria una modifica. Per i pazienti geriatrici che potrebbero anche beneficiare dei pannolini intelligenti, dice che piccoli lettori RFID possono anche essere collegati a dispositivi di assistenza, come bastoni e sedie a rotelle per raccogliere i segnali di un tag.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.